Эффективность теплозащиты ограждающих конструкций в условиях жаркого климата (на примере Палестины)

Энергетическая эффективность здания — это свойство здания и его инженерных систем обеспечивать заданный нормируемый уровень расхода тепловой энергии для поддержания оптимальных параметров микроклимата помещений.

Энергоэффективность и качество строительства жилых и общественных зданий в определенной степени зависят от правильного учета особенностей климата района строительства.

В прошлом веке во время первой мировой войны Палестина была захвачена Великобританией, что привело к изгнанию Оттоманов и оккупации Палестины под предлогом британского мандата. Прежде чем 25 мая 1948 года покинуть Палестину, британцы подготовили почву для роста сионизма в Палестине. С 1948 года по сегодняшний день сионизм держит Палестину в плену и извлекает пользу из стратегического месторасположения Палестины для своих планов.

Все это привело к изгнанию палестинцев в лагеря и к созданию густонаселенных городов (Сектор Газа и западный берег реки Иордан). В густонаселенных городах Палестины чувствуется жилищный кризис, который обострятся еще из-за демографического роста и безработицы. Монолитное и сборное монолитное строительство является основным направлением строительства. Первостепенную роль традиционно играет монолитное строительство характерное для Палестины.

Благодаря теплому климату возведение зданий осуществляется практически круглый год. Здания в основном имеют монолитный каркас. Наружные стены из прессованного пустотного кирпича, облицованного штукатуркой или из бетона, облицованного природным камнем. Теплоизоляции в стенах, как правило, не бывает.

Плоские покрытия выполняются из железобетонных плит, водонепроницаемого ковра и цементно-песчаного раствора.

Назначение цементно-песчаного раствора сводится лишь к обеспечению необходимого уклона для отвода дождевой воды.

Традиционное жилищное строительство в Палестине простое и ограничено стихийной застройкой.

Проектирование и строительство жилых зданий развивается, но развивается произвольно и не базируется на современных научных методических основах.

Территория сегодняшней Палестины тоже ограничена. В секторе Газа (375 км2) живет более 1,5 миллиона людей, и на западном берегу реки Иордан (5640 км2) живет более 2,4 миллиона людей. После 15 сентября 2005 года, произошло историческое политическое событие, когда освободилась от Израильской оккупации вся территория Газы, и сейчас страна должна готовиться к возвращению еще не менее двух миллионов людей. Поэтому единственной возможностью удовлетворить потребности населения в жилье является увеличение плотности застройки. Это может быть осуществлено путем создания малоэтажной сверхплотной застройки, в том числе многоквартирными домами блокированного типа, и путем строительства многоэтажных домов.

Климат Палестины имеет специфический характер. Для климата Палестины характерно большое количество солнечных дней и интенсивная солнечная радиация.

В настоящее время проектирование и строительство жилых зданий в Палестине осуществляется по нормам западных стран. Климатические условия в Палестине, естественно, отличаются от условий западных стран, и в этой связи в помещениях нередко наблюдается дискомфорт микроклимата, потому что при проектировании ограждающих конструкций гражданских зданий местные климатические условия окружающей среды в основном не принимаются во внимание.

Разрабатываются новые строительные материалы и изделия, обладающие высокоэффективными качествами теплозащиты, теплоемкости, солнцезащиты и противорадиационными свойствами. Правильное применение этих изделий создает благоприятные предпосылки для проектирования среды обитания человека. Особую значимость исследования ограждающих конструкций и применения высокоэффективных материалов приобретают при рассмотрении вопросов проектирования малоэтажных и многоэтажных зданий в условиях жаркого и средиземноморского климата. Однако в большинстве случаев микроклиматические характеристики жилых помещений малоэтажных зданий существенно ниже комфортных, что связано с недостаточным учетом особенностей климата при разработке объемно — планировочных решений, ограждающих конструкций и инженерного оборудования.

В связи с этим предполагается провести анализ опыта России и других стран в области проектирования и строительства малоэтажных и многоэтажных зданий в условиях жаркого и средиземноморского климата, выбрать наиболее рациональные типы ограждающих конструкций применительно к жилым зданиям, провести анализ объемно-планировочных решений жилых зданий в жарком климате, предложить мероприятия по повышению энергоэффективности таких зданий в условиях Палестины и разработать вариант конструктивного решения наиболее подходящего для условий Палестины, исследовать и предложить наиболее рациональные ограждающие конструкции. В результате работы будут разработаны рекомендации по проектированию таких конструкций в условиях Палестины. Цель работы: предложить методику и граничные условия для теплотехнического расчета ограждающих конструкций для условий Палестины, предложить мероприятия по повышению энергоэффективности жилых зданий в условиях Палестины и предложить наиболее рациональные ограждающие конструкции для условий Палестины (с учетом местных климатических условий).

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. Проанализировать климатические особенности различных районов Палестины.

2. Провести анализ современного и традиционного состояния проектирования и строительства жилых зданий в Палестине и в арабских странах.

3. Сделать обзор жилищного строительства в жарких районах бывшего СССР с анализом ограждающих конструкций.

4. Исследовать и предложить наиболее рациональные ограждающие конструкции стен и покрытий, обеспечивающие минимальные затраты энергии на отопление и на охлаждение зданий.

Объект исследования: теплозащита ограждающих конструкций в условиях жаркого климата Палестины.

Предмет исследования: ограждающие конструкции в условиях жаркого климата Палестины.

Научная новизна выполненной работы заключается:

1. В систематизации климатических факторов Палестины и их обобщении с целью создания системы справочных данных для теплотехнических расчетов и расчетов энергической эффективности зданий. Эта система может быть положена в основу создания нормативного документа для Палестины по строительной климатологии, или по теплозащите зданий.

2. В проектировании ограждающих конструкций жилых зданий в условиях Палестины с учетом особенностей климата.

3. В обобщении современной практики проектирования ограждающих конструкций жилых зданий в условиях жаркого климата и в создании методики обоснования предложений по таким конструкциям для Палестины.

4. В определении номенклатуры и состава ограждающих конструкций с учетом теплоустойчивости и запаздывания амплитуды температурных колебаний, функционирующих в условиях жаркого климата.

5. В определении параметров, которые оказывают основное влияние на энергоэффективность здания, и в определении эффективности предлагаемых решений.

Практическая значимость: состоит в:

1. В разработке методики проектирования энергоэффективных ограждающих конструкций гражданских зданий.

2. В том, что в результате работы показана энергетическая эффективность использования утеплителя в ограждающих конструкциях в условиях климата Палестины.

3. В том, что доказана энергетическая эффективность перехода к двухслойному остеклению и стеклопакетам в странах с жарким климатом.

4. В рекомендациях по правильному использованию местных строительных материалов.

Полученные результаты теплозащитных свойств различных конструктивных решений ограждающих конструкций могут быть использованы при проектировании жилых домов в условиях Палестины.

На защиту выносятся:

— Анализ климата Палестины и комплекс климатических данных для расчета теплозащиты зданий.

— Результаты исследования теплоустойчивости конструкций стен и покрытия.

— Системный подход к учету климатических особенностей Палестины при проектировании ограждающих конструкций гражданских зданий по критерию минимума энергозатрат.

— Рекомендации по выбору конструктивных решений ограждающих конструкций, обеспечивающих комфортный режим в помещениях гражданских зданий.

— Результаты анализа традиционных и предлагаемых конструкций с точки зрения экономии энергии на отопление и охлаждение.

Они включают:

— Таблицы климатических данных для теплотехнических расчетов ограждающих конструкций для различных районов Палестины.

— Конструкции стен и покрытия, используемые в практике строительства Палестины.

— Предложения по расчету ограждающих конструкций в условиях Палестины. Расчет на зимние и на летние условия.

— Материалы и конструкции стен и покрытий и их расчеты.

— Таблицы и графики расчета экономии энергии в результате применения предлагаемых конструкций по сравнению с конструкциями, применяемыми в настоящее время.

— Целесообразные конструкции стен и покрытий, рекомендуемые для современного строительства Палестины с определенной массивностью и временем задержки амплитуды колебаний температуры на основе местных строительных материалов.

Основные выводы.

1. Климатическое районирование и анализ климатических параметров в различных районах Палестины позволили составить таблицы климатических данных, необходимых для расчета ограждающих конструкций по требуемому сопротивлению теплопередачи в зимних условиях, на теплоустойчивость. Эти таблицы могут быть положены в основу теплотехнического нормирования в Палестины.

2. Анализ традиционного опыта строительства жилья в Палестине, арабских странах и в Средней Азии показал, что при современном многоэтажном строительстве, целесообразном в Палестине по демографическим, экономическим и другим условиям, наиболее перспективными для региона Сектора Газа являются планировки с большими открытыми помещениями и со сквозным проветриванием. В районах Западного берега реки Иордан целесообразна замкнутая система планировки с проветриванием через внутренние шахты и атриумы. Этого требует защита от пыльных и песчаных бурь и сухих ветров.

3. Проведенные исследования показали, что конструкции стен и покрытий, используемых в практике строительства в Палестине, практически не удовлетворяют требованиям, предъявляемых СНиП П-3−79* (98) и СНиП 23−02−2003 «Теплозащита зданий», по гигиеническим условиям, для зимнего периода.

4. Рекомендуемые решения ограждающих конструкций для условий жаркого климата Палестины удовлетворяют требованиям, предъявляемым СНиП П-3−79* (98) по гигиеническим условиям, для зимнего периода и на теплоустойчивость в летний период.

5. Анализ уравнений для определения времени задержки амплитуды колебаний показал, что основное значение для такой задержки имеет показатель тепловой инерции или степень массивности конструкции Б.

Для обеспечения требуемой задержки, равной 10 часам, величина Б должна быть не менее 3,85.

6. Увеличение показателя тепловой инерции предлагаемых конструкций стен и крыш, позволил довести время сдвига фаз колебаний до требуемого.

7. Конструкции, предлагаемые для условий Палестины, основаны на материалах, имеющих широкое распространение в регионе. Предлагаемое решение улучшает традиционные конструкции, обеспечивает отсутствие конденсата на внутренних поверхностях даже в самые холодные дни при максимальной влажности внутри помещений (кухни, санитарные узлы), и отсутствие впечатления сквозняка при нахождении вблизи этих конструкций.

8. Предложение использовать многослойные конструкции с применением современных теплоизоляционных материалов, является решением, основанным не только на физических качествах ограждающих конструкции, но и является отражением экономических и технологических требований современного строительства в Палестине.

9. Расчеты для оценки расхода энергии показали, что предлагаемое конструктивное решение для современного строительства Палестины экономит расход на 70% и более на отопление и 80% и более на охлаждение. Применение утепленных конструкций окупается за счет снижения затрат энергии на отопление и кондиционирование в течение 4 лет. Это значит, что после 4 лет для жителей будет чистая экономия в денежном выражении. Подсчитать ее трудно из-за нестабильных цен. Однако в среднем она составит 75%>.